JPH04354402A - 平面アンテナ - Google Patents

平面アンテナ

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JPH04354402A
JPH04354402A JP4046936A JP4693692A JPH04354402A JP H04354402 A JPH04354402 A JP H04354402A JP 4046936 A JP4046936 A JP 4046936A JP 4693692 A JP4693692 A JP 4693692A JP H04354402 A JPH04354402 A JP H04354402A
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JP
Japan
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antenna
network
antenna according
patch
coupling
Prior art date
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Pending
Application number
JP4046936A
Other languages
English (en)
Inventor
Jean F Zuercher
ジャン　フランソワ　チュルヒャー
John R Sanford
ジョン　アール．　サンフォード
Kuno Wettstein
クノ　ヴェットシュタイン
Richard C Hall
リチャード　スィー．　ホール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huber and Suhner AG
Original Assignee
Huber and Suhner AG
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に平面アンテナに関
し、特に、受動ネットワークを介する送り調節によって
調節可能な指向性パターンを伴う平面アンテナに関する
。
【０００２】
【従来の技術】今日通常知られるいわゆるマイクロスト
リップビームアンテナは所望の大きさに形成できること
、製造が容易であること、あるいは、プリント回路に対
して互換性を有すること等の利点を有する反面、例えば
、有効帯域幅が狭いことや、低効率であること等の不具
合も多い。このことは、このようなマイクロストリップ
ビーム方式のアンテナの製造環境がまだ多くの技術的観
点から確立されていないことに起因しており、そのため
に、これらアンテナの用途が大幅に制限されている。
【０００３】欧州特許公開公報ＥＰ−Ａ−Ｏ　　２５３
１２８には、一対の導電板間に設けられた層状基板から
成る平面状懸垂型コンダクタアンテナアレイが記載され
ており、各導電板には放射素子を構築するための開口部
が所定の間隔で設けられている。さらに、上記基板の各
々の少なくとも１個の励磁器プローブが複数個の開口部
を有している。そして、これらの励磁器プローブで受け
取られた信号はそれぞれ同期状態で導電性フィルムを介
して懸垂型コンダクタに入力される。なお、上記基板は
上記開口部のまわりに設けられた支持体により支持され
ている。したがって、該基板は平坦に支持され、そりが
生ずることはない。また、近接する開口部列のそれぞれ
の間に存するプリント回路基板には多数の幅広の溝が設
けられており、さらに該溝内において、複数の懸垂型コ
ンダクタが互いに平行に先端開きの状態になっている。
【０００４】この種のアンテナは通常高周波衛星通信に
使用され、構成が簡単であることから製造コストが低減
でき、さらに、高性能を実現することができる。
【０００５】なお、上記構造を有するアンテナでは、放
射パターンが専ら、例えばレーダで知られるような、ビ
ーム方式となる。
【０００６】同様の方法が文献「エレクトロマグネティ
クス（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ）　　Ｖｏｌ
．９、１９８９、ｐｐ．３８５−３９３」に記載されて
いる。当該文献によれば、上記アンテナはさらに改良さ
れ、ストリップスロットフォームインバーテッドパッチ
（ｓｔｒｉｐ−ｓｌｏｔ−ｆｏａｍ−ｉｎｖｅｒｔｅｄ
ｐａｔｃｈ）（略してＳＳＦＩＰ）型アンテナの構成を
有する。
【０００７】このＳＳＦＩＰ型アンテナは階層構造を有
している。より詳細に言えば、該ＳＳＦＩＰアンテナは
、１／４波長スタブを伴うマイクロストリップ（Ｓスト
リップ）と、スロットベースと、減衰係数および比誘電
率の小さな気泡層と、カバ−上にプリントしたパッチ形
状の反転放射素子（反転パッチ）とから成る。この種の
アンテナは円偏波を容易に実現することができ、また、
同時に２種類の偏波処理が可能である。
【０００８】なお、上記構成における気泡層は表面波の
伝搬を防止し、有効帯域を拡大するために設けられてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなＳＳＦＩＰアンテナにはいくつかの不具合があっ
た。例えば、これらのアンテナを製造するにあたり、よ
り簡単で安価な材料を使用する必要があること、また、
これらのアンテナは特別な用途に応じて放射の態様を適
合することが困難な場合があったこと等が挙げられる。
【００１０】本発明の目的は上記従来技術によるアンテ
ナの問題点を解決することであり、その特徴は以下の説
明および請求の範囲の記載によりいっそう明らかとなる
。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、導電性素子あるいはパッチを備えた基板
と、スロットおよびパッチを配列して成るスロットパタ
ーンを設けた金属層と、下部基板とから成る平面アンテ
ナを開示する。また、本発明によれば、上記金属層と下
部基板との間にストリップコンダクタネットワークが支
持されており、該コンダクタネットワークと金属層との
間に第１の気泡材料層が設けられ、さらに、コンダクタ
ネットワークと下部基板との間に第２の気泡材料層が設
けられている。なお、上記アンテナの外表面はガラス質
であり、容易に洗浄することができる。加えて、本発明
による平面アンテナは製造コストが低く、伝搬パターン
を容易に所望形状にすることが可能である。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を添付図面に基づいて説明する
。
【００１３】図１は本発明の一実施例である平面アンテ
ナを示すものであり、同図において、該平面アンテナは
４種類の構成要素、すなわち、ベースプレート１、金属
層２、ストリップコンダクタネットワーク２２およびベ
ースプレート３から成る。上記ベースプレート１は好ま
しくはガラスあるいは繊維複合体から成り、この表面に
は、反転放射アンテナ素子として、放射素子１１が真空
蒸着あるいはプリント加工により形成されている。なお
、このような平面放射素子１１はまたパッチと呼ばれる
。
【００１４】ここで、上述の文献「エレクトロマグネテ
ィクス（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ）　　Ｖｏ
ｌ．９、１９８９、ｐｐ．３８５−３９３」に記載され
る配列構成によれば、上記のような反転放射パッチの裏
側に気泡層が設けられている。しかしながら、表面波の
伝搬は予想していた程には発生しないので、この層の省
略化の可能性があることがわかってきた。もし、この層
が省略できれば、次のスロット放射層がさらに反転放射
パッチの面に近い位置に設けることができるようになる
。
【００１５】これに対して、本発明においては、放射用
開口部２１を備えた金属層２とストリップコンダクタネ
ットワーク２２との間に気泡層２３が設けられ、また、
該コンダクタネットワーク２２とベースプレート３との
間に気泡層２４が設けられている。なお、ベースプレー
ト３は金属あるいは基体に蒸着した金属層から成り、気
泡層材料としては、ポリスチレン、ポリプロピレンまた
はポリアミドが好適である。
【００１６】ただし、いずれの場合においても、上記気
泡層は密度が低く、かつ、比誘電率の低いものでなけれ
ばならない。
【００１７】さらに、好ましい実施態様においては、上
記二つの気泡層２３および２４の厚さは同一でなく、層
２３の方が薄くてカップリング側に設けられおり、層２
４の方が厚くてストリップコンダクタネットワーク２２
とベースプレート３との間に挿設されている。
【００１８】さらに図１からわかるように、上記プレー
ト１の内側は封止されて外界から隔絶されており、該内
側の表面上には、導電性パッチ１１が設けられている。 なお、該導電性パッチ１１は、図２に示す如く、例えば
互いに一定間隔で離間する複数の方形形状に設けること
ができる。また、これら導電性パッチは、導電性金属材
料等の適当な材料を用いて、真空蒸着、ラミネート化あ
るいはプリント処理等の適当な方法により形成すること
ができる。さらに、各パッチ１１に対向して、上記カッ
プリングネットワーク２は、図８に示す如く、スロット
状開口部（カップリングスロット）をその金属層内に備
え、上記気泡層２３上に支持されている。また、該層２
３の反対側には分布ネットワーク２２が図９に示す如く
設けられており、該ネットワーク２２により上記カップ
リングスロット２１の透過率が制御される。この目的を
実行するためのリード線は上記気泡層２３の反対側に設
けられている。さらに、ベースプレート３は上記階層状
構成体を封止しており、適当な金属材料あるいは金属製
反射板から成る。
【００１９】本発明のさらに他の態様によれば、上記Ｓ
ＳＦＩＰ技法の３種類の付加的変形例が利用されており
、それらの主眼とするところは、有効帯域の拡大あるい
は反射率の低減である。
【００２０】第１に、上記放射板２の開口部２１は、ス
ロット形状であるとともに、図３に示すようなＨ型ある
いは蝶型の形状とすることができる。
【００２１】第２に、上記分布ネットワーク２２のスタ
ブケーブル（開口部２１の下方）がインピーダンス整合
される。完全に整合されたストリップコンダクタネット
ワークの２形態を図４に示す。
【００２２】また、上記放射素子（パッチ１１）は、正
方形、円形、長方形、あるいは、たすき掛けの形状であ
ってもよく、さらに、同一あるいは不同の長さおよび異
なる幅を有する一連の条片であってもよい。条片形状を
有するパッチ典型例を図５に示す。さらに、該パッチに
おける種々のセグメントの長さは、各セグメントがそれ
らの所望の集合配列においてそれぞれ部分的に重なるよ
うに調節される。
【００２３】なお、上記文献「エレクトロマグネティク
ス」に比較して、本発明によるアンテナは基板にテフロ
ン（登録商標）あるいはセラミック等の材料を使用する
必要はなく、これらよりも安価な材料により構成するこ
とが可能である。例えば、上記プレート１は普通のガラ
ス材により構成できる。このようにガラス材によって外
界の環境から系内を隔絶することにより、外部からのあ
らゆる有害な影響を遮断することができ、さらに、必要
に応じて容易に洗浄することが可能になる。加えて、本
発明のアンテナによれば、いわゆる高層ビルの正面に設
置するような作業も容易に行うことができるようになる
。また、上記カップリングネットワークは気泡材料と空
気層との間に配置されており、この場合、該ネットワー
クはスペーサによって上記プレート１に対して相対的な
位置に保持されている。
【００２４】さらに、本発明によるアンテナは１個以上
の素子（パッチ）から構成することができ、この場合、
それらの幾つかを一列あるいは横ならびの状態に配列す
ることができる。
【００２５】図６は独立ビーム４０、４２の間に特定の
ゼロ設定４１を含む従来の垂直放射パターンを示してお
り、上記分布ネットワーク２２によりカップリングスロ
ット２１を制御すると、放射される領域の照射の度合が
均一になる。この場合、従来では、最新の所要装置の最
大放射の方向をアンテナの面と垂直になるようにしてい
たので、該アンテナ面は図６に示す如く照射方向に対し
て斜めに設置する必要があった。
【００２６】一方、本発明のアンテナによれば、上記最
大放射の方向を、少なくとも通信工学の観点から、ある
限られた領域内において制御可能にすることできる。こ
のため、アンテナの面は図６に示すような最大放射方向
とは無関係に設定することができるようになる。加えて
、図７に示すように、主ローブ４４および副ローブ４５
を適当に形成して、例えば、該副ローブ４５の方向およ
び大きさを調節することにより、主ローブ４４の照射が
届かない領域の照射を可能にする。さらに、上記垂直放
射パターンの最適化に加えて、上記アンテナ面に対する
垂線に対してほぼ±３０°の所望の角度で水平ビームを
発生することが可能になる。同様に、該水平面における
２種類以上の任意の方向においての放射も可能になる。
【００２７】これまで、アンテナの可能な大きさは製造
のコスト、技術および製造工程等による制約からせいぜ
い３０ｃｍ×３０ｃｍであった。しかしながら、本発明
によれば、音楽放送等のための衛星放送の受信用に適す
るアンテナの構築が可能になり、厚さが３ｃｍ乃至４ｃ
ｍでほとんどの所望の大きさの平面アンテナを実現する
ことができるようになる。ただし、上記ガラス質部分の
実現可能な面積およびスクリーンプリント処理の可能な
面積による制約を受ける。
【００２８】なお、図２に示した例では、上記パッチは
ほぼ正方形であるが、これらは他の形状、例えば、円形
、楕円形、長方形あるいは平行な条片等であってもよい
ことは当業者にとって当然明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるアンテナの概略的断面
図である。
【図２】本発明によるアンテナのパッチパターンの平面
図である。
【図３】蝶型カップリングスロットの模式図である。
【図４】本発明によるカップリングスロットに対する導
電性ストリップネットワークのインピーダンス整合の模
式図である。
【図５】広帯域動作用スロットパターンの典型例を示す
ための図面である。
【図６】未調整再放射の場合における垂直伝搬パターン
の模式図である。
【図７】調整された再放射の場合における垂直伝搬パタ
ーンの模式図である。
【図８】本発明の一実施例によるスロット開口部を備え
たカップリングネットワークの被覆部の平面図である。
【図９】本発明の一実施例による分布ネットワークの被
覆部の平面図である。
【符号の説明】
１　　積層基材 ２　　カップリングネットワーク ３　　ベースプレート １１　　放射素子（パッチ） ２１　　カップリング用開口部 ２２　　フィードネットワーク ２３、２４　　気泡層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】受動ネットワークを介するフィード調節に
    よって調節可能な指向性パターンを有する平面アンテナ
    であって、放射素子を支持する積層基材と、カップリン
    グ用開口部を有する平板状カップリングネットワークと
    、フィードネットワークと、ベースプレートとからなる
    ことを特徴とするアンテナ。
  2. 【請求項２】前記基材がガラスから成ることを特徴とす
    る請求項１に記載のアンテナ。
  3. 【請求項３】前記基材が繊維複合材料から成ることを特
    徴とする請求項１に記載のアンテナ。
  4. 【請求項４】前記ベースプレートが金属シートであるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
    のアンテナ。
  5. 【請求項５】前記ベースプレートが反射性基材上に金属
    被覆したものであることを特徴とする請求項１乃至請求
    項３のいずれかに記載のアンテナ。
  6. 【請求項６】前記カップリング用開口部の形状が蝶型で
    あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
    に記載のアンテナ。
  7. 【請求項７】前記カップリング用開口部の形状がＨ字型
    であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
    かに記載のアンテナ。
  8. 【請求項８】前記放射素子がスロット状になっているこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
    のアンテナ。
  9. 【請求項９】少なくとも、前記フィードネットワークの
    一方の側において、前記カップリング用開口部を有する
    カップリングネットワークと該フィードネットワークと
    の間に比誘電率の低い第１の挿入物が存在し、該フィー
    ドネットワークの他方の側において、フィードネットワ
    ークと前記ベースプレートとの間に比誘電率の低い第２
    の挿入物が存在することを特徴とする請求項１乃至請求
    項３のいずれかに記載のアンテナ。
  10. 【請求項１０】前記挿入物が気泡材料から成ることを特
    徴とする請求項９に記載のアンテナ。
  11. 【請求項１１】前記第１および第２の挿入物の厚さが異
    なり、前記カップリングネットワークとフィードネット
    ワークとの間の挿入物の厚さの方が薄いことを特徴とす
    る請求項１０に記載のアンテナ。
JP4046936A 1991-03-06 1992-03-04 平面アンテナ Pending JPH04354402A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH68091 1991-03-06
CH680/91-7 1991-03-06
CH3584/91-4 1991-12-04
CH358491 1991-12-04

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JPH04354402A true JPH04354402A (ja) 1992-12-08

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ID=25685351

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JP4046936A Pending JPH04354402A (ja) 1991-03-06 1992-03-04 平面アンテナ

Country Status (6)

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US (1) US5355143A (ja)
EP (1) EP0502818B1 (ja)
JP (1) JPH04354402A (ja)
AT (1) ATE158898T1 (ja)
CA (1) CA2061254C (ja)
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